水電廠智能監盤及輔助決策系統的設計與開發

殷召生

（南京佰思智能科技有限公司，江蘇 南京 210012）

在當前水電廠運行值班過程中簡報數量繁多，運行參數多，運行監盤容易出現信息閱讀遺漏；并且工作人員在工作中需要進行參數監視、畫面切換、運行抄表、值班日志填報等，特別是機組、閘門操作和調節時工作量顯著增多，這在增加工作人員工作量的同時也造成了一些安全隱患。因此，開發智能監盤及輔助決策系統非常必要。

1 電廠智能監盤及輔助決策系統開發的目標與任務

1.1 開發目標

通過水電站智能監盤平臺建設，實現如下具體目標：通過智能監盤管理平臺，綜合分析機組信息、設備狀況等元素，提高輔助決策能力和運維水平；促進管理方式變革，提高管理效率，以網絡化、信息化、數字化和標準化為基礎，通過WEB、移動終端APP、智能監盤、智能報表、系統聯動等的使用，減少運維人員工作負擔，提升安全生產管理水平。

1.2 建設任務

基于水電監控的系統現狀，為達到智能監盤的建設的目標，需要完成以下任務：

（1）實現跨安全分區的實時數據傳輸。

（2）數據共享和存儲平臺(為其他系統提供實時數據接口）。可以給其他系統（如生產管理系統、ERP）提供實時數據和歷史報表數據，數據共享方式有：OPC UA 、Webservice、畫面組件共享。

（3）智能告警功能模塊（告警信息智能組態、短信、電話、釘釘、微信、Email 等發送模塊、報警信息統計分析）。所有的告警信息不采用單點判斷，而是采用綜合的腳本計算方式產生告警信息，告警信息可通過各種方式推送，如電話、短信、微信、聲光等，同時還可以進行分析、統計、過濾查詢和生成報表等。

（4）數據趨勢分析模塊。實現對機組和輔助設備特定工況下數據對比、分析，從縱向和橫向判斷分析設備的健康狀況，如機組檢修前后瓦溫的高低比較，輔助設備啟動次數和運行時間的分析和比較。

（5）基于web 的數據展示和分析。通過個人電腦等通過局域網或公網可以通過網頁方式監視電廠的所有的實時和歷史數據；畫面可以與中控室監控系統的畫面一致。

（6）智能報表功能模塊（報表自動生成PDF，自動Email 發送）。系統可以自動生成各種生產報表，報表可以自動保存為pdf 或Excel 格式。同時可以定時的通過Email 方式發送到相關人員的郵箱。

（7）自動交接班模塊。自動生成交接班記錄，自動把值班過程中的生產數據填入MIS 系統中。

2 水電廠智能監盤及輔助決策系統總體結構

水電智能管理系統總體功能結構展示了功能設計的主要思想，指明了建設的具體內容、各個組成部分之間的關系以及它們在應用體系框架中的位置。

總體功能是在“統一規劃、融合設計、分步實施、注重實效”指導思想下，基于統一的硬件網絡規劃設計，搭建大集中的過程控制系統層，集成生產實時數據，在滿足系統安全策略的前提下，應用功能分為以下部分：①實時數據收集；②基礎平臺建設；③WEB 展示功能模塊；④智能報警功能模塊；⑤智能報表模塊；⑥系統聯動模塊；⑦智能監盤模塊；⑧趨勢分析模塊（含設備月度運行分析報告）。

3 水電廠智能監盤及輔助決策系統功能設計

（1）總體功能分析。①系統軟件可以查看本軟件占用CPU、內存和硬盤使用情況，可以實時查看當前運行的線程數、當前正在組態開發的人數。②軟件的管理端可以查看每秒歷史數據入庫的實時數量和數據緩沖數（如果有）。③軟件的管理端可以實時查看當前歷史數據庫的連接數，正在開發組態的客戶端和正在運行的客戶端數量，對外通信的設備對象數量。歷史數據庫需支持Oracle、Mysql、Sqlite、sql server2018 以上、mariaDB 等數據庫。④系統腳本需可以指定運行在客戶端、服務器端等方式；腳本觸發方式需支持，定時、測點變化、消息、計劃任務、系統啟動、系統停止、系統更新等方式的觸發。可以實時查看當前正在運行的腳本數量，腳本啟動時間、腳本運行的持續時間。

（2）基礎支撐服務。水電智能監盤管理平臺提供標準的模型化資源設計，提供實時、歷史數據分析處理服務。作為水電公司信息化和智能化的數據源，為公司提供各種類型的實時數據服務；在此基礎之上建立插件式、開放、可擴展動態應用管理平臺，將公司的各種應用作為服務插件進行總體整合；由服務管理程序控制各應用服務插件的動態裝載、事件發布、通信、異常處理等，形成各類基礎應用動態組合，總體采用面向服務的體系架構（SOA），同時采用OPC UA 技術，為公司的各種系統應用提供可靠的基礎管理模塊。該模塊主要具備下面一些特點：

①所有的應用軟件操作系統支持跨平臺部署，系統可以在Winsows、Linux 和macOS 操作系統下運行；②系統運行、維護采用B/S 架構，所有的業務（數據采集、歷史數據存儲、畫面運行、各類組態功能等）皆運行在服務器上，同時支持并行開發維護功能，客戶端訪問服務器可以完成數據庫組態、畫面組態、報警組態、運行監視等；允許不限數量的客戶端同時開展每項組態開發工作；③為方便系統的維護，完整的工程項目配置文件、數據庫配置、畫面配置、告警配置需支持一鍵導入和導出功能，數據庫和歷史庫皆可支持分布式部署并可以自由擴展不限數量的實時庫節點和歷史庫節點；每個測點可以自由的指定部署在哪個實時庫和歷史庫節點；④監控系統的實時數據采用TCP/IP 規約，透過正向物理隔離裝置傳輸到III 區的智能告警數據服務器；⑤系統同時支持C/S 客戶端和B/S 客戶端的畫面的數據顯示和實時控制，允許同時訪問的客戶端數據不限數量，畫面的實時數據刷新周期不高于1.5s，所有畫面可由運維人員組態，畫面顯示和運行操作客戶端可以部署在Winsows、Linux和macOS 操作系統。

（3）告警展示及推送。告警實時信息提供運行人員報警確認交互操作，告警歷史信息可提供查詢、統計分析。智能告警系統綜合生產的報警信息可通過短信、電話通知、微信公眾號等方式推送至運維管理人員。告警推送及告警展示交互具備以下功能：

①具備告警信息通過Email 進行發送的功能，同時也具備微信、電話、短信、聲光告警的功能；每條報警信息可以任意選擇一種或多種報警方式。每個報警的優先級可定義劃分，推薦五個優先級：0、診斷；1、低；2、中；3、高；4、嚴重；不用優先級采用聲音和顏色來區分報警優先級。為了便于區分，當報警被確認后，聲音及顏色也應有明顯的變化；②使用具有報警的圖形、日志和報告功能的報警分析功能，能分析出每條告警的頻次，以便進行策略改進或設備故障排查；③具備報警擱置功能，報警擱置時系統仍然跟蹤其狀態，并在報警擱置過期前一分鐘內向操作員發送消息，以便運行人員可以取消報警擱置或再次擱置；④計劃報警，即按時間計劃啟動報警條件、按時間計劃推送ONCALL 值班人員；⑤具備與報警系統保持雙向互動的功能，即短信、Email 等方式的確認功能；⑥每條報警消息的產生后，觸發告警流程管理模塊，以便進行延時、重復、人員選擇等判斷，然后通過聲光、微信、短信、Emai 任意選擇一種或多種方式推送；⑦具體報警分析功能，可以分析出每條報警的頻次、持續時間；可以按照關鍵字、對象名等信息過濾篩選查詢報警信息。

（4）自動交接班記錄。電站目前交接班時采用最原始的紙質日志傳遞日常運營值班信息。為了減少交接班時間，推進無紙化辦公、提高交接班效率，特開發線上交接班日志模塊。交接班日志模塊至少要有方便運檢人員快速錄入、快速檢索查詢、日志推送等功能。

（5）缺陷管理。系統通過打通生產管理系統，實現以下缺陷管理功能：①獲取生產管理系統中的缺陷工單報告，系統展示缺陷清單列表以及缺陷詳情；②生產管理系統中當缺陷工單狀態變化時，系統實時更新缺陷狀態；③系統填寫缺陷工單及修改缺陷工單狀態，同時同步至生產管理系統中。

（6）設備分析報告。本模塊能自動生成月、季、年分析報告，實現數據整編、統計分析和報表輸出，促進電站專業管理。設備運行分析報告在電站日常生產中至關重要，對設備狀態、各子系統運行情況、枯期設備狀態檢修具有指導意義，正確無誤的設備運行分析報告是電站安全穩定生產的保障。但設備運行分析報告目前一直依靠運行人員手動編寫，工作量大，過程繁雜，難免偶爾出現數據采集錯誤；結論分析依靠專業人員經驗積累和子系統計算分析軟件，可能存在結論分析偏差大的情況；不能保證設備分析報告準確性和可靠性，也不滿足電站建設中風險自動識別和智能決策管理要求，嚴重影響工作效率。

基于此，該系統設備分析報告模塊將提供一套設備運行分析報告定時生成、結論自動分析的軟件工具。利用豐富的業務函數進行預處理，并部署定時任務服務，提升設備運行分析報告生成速度，數據準確性和結論分析自動化，大量減少運行人員工作量，促進運行人員對數據做深入分析和挖掘，提高工作能力。

設備分析報告可根據用戶需求自由定義報告模板、數據關聯與圖形關聯。報告模板可以按日報告、周報告、月報告、年報告的時間周期，定時生成報告，也可以根據觸發條件，即時生成報告。

報告按類型可劃分為專題報告、關聯性報告、對比分析報告等。專題報告，針對特定的設備組織內容，提取設備運行的模擬量與開關量信息，結合報表與圖形展示手段，分析設備運行趨勢，如XXX 電站XF機組的開停機統計等；關聯性報告，針對相關設備的信息組織內容，展示設備相關信息的狀況，如XXX電站XF 水輪機相關信息的展示等；對比分析報告，針對同類數據和設備組織內容，對比同類設備與運行信息的差異，分析運行趨勢，如XXX 電站XF 機組軸瓦溫度間的比較、不同機組油壓裝置的啟停間隔與次數比較等。

（7）系統智能聯動應用。目前，各電站已均建成了工業電視系統、消防報警系統，但各自相互孤立，難以在開停機、故障等事件時實現多系統之間的有效聯動，給電力生產尤其是突發事件緊急處置帶來了安全隱患。針對該問題，研究并提出工業電視系統、消防報警系統與智能監盤及輔助決策系統平臺的聯動策略和標準化聯動接口，實現計算機監控、工業電視、消防之間的高效聯動。通過預定義聯動模式、聯動策略來實現符合日常操作習慣并符合電力安全生產規范的一套流程，并通過相互間標準規范的消息通信完成整個聯動過程，同時可接入門禁系統、電纜感溫報警系統等其他安全防護子系統降低人員勞動強度，提高工作效率和經濟效益。

4 水電廠智能監盤及輔助決策系統應用的預期成果

水電廠智能監盤及輔助決策系統打破了傳統信息化系統的界限，實現了不同系統數據的共享和融合，使水電廠達成了管理網絡化、一體化與智慧化的目標。

（1）功能全融合，業務全覆蓋。水電廠智能監盤及輔助決策系統的開發和應用，使水電廠的生產業務信息實現了重新整合，不同模塊的業務邏輯實現了統一和暢通，數據庫的共享和互融，更好地保障了數據的真實性、一致性以及同步性，進一步降低了數據交換的故障發生率，提升設備運行的安全性與穩定性。

（2）降低投入成本，提升資金利用率。水電廠智能監盤及輔助決策系統的開發，實現了水電廠各個系統的統一規劃與融合設計，使系統的軟硬件趨于統一，避免了不同系統軟硬件體系不兼容的現象，降低了軟硬件投入，提升了電廠資金的利用率。

（3）實現了電廠管理的創新，提升電廠整體管控水平。水電廠智能監盤及輔助決策系統引入了先進的信息技術與智能化技術，提升了水電廠管理的智能化水平，將技術、人力、電廠管理進行了集成，是企業管理思想的新突破。

5 結束語

綜上所述，在水電廠運行管理中，通過開發智能監盤及輔助決策系統，有助于優化電站綜合生產管理，提升電站安全管理能力和應急響應能力，推動管理體制合理變革，提高電站設備安全運行管理水平，最終將電站建設成為安全可靠、經濟高效、友好互動、綠色環保的水電廠。因此，水電廠管理方需要提升對智能化技術的重視程度，將智能化技術與電廠原有的監控系統與水調系統進行融合，更好的保障水電廠安全穩定運行，提升電廠整體效益。